圖1 采用EC電機(jī)和Eta-Crown錐齒輪傳動裝置，組裝設(shè)備通過加工過程的運(yùn)輸速度得到符合要求且能源優(yōu)化的控制
德國工業(yè)總耗電量的近70%用在驅(qū)動技術(shù)上。如正確采用了裝有高效電機(jī)和變速器的小型驅(qū)動裝置，可以開發(fā)出巨大的節(jié)約潛力。而且在設(shè)計驅(qū)動裝置時也必須越來越多地考慮到裝置的壽命周期成本（Lifecycle Costs）。
在工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中，過去在做新投資和零配件采購時，很少重視高效和智能的馬達(dá)與變速器方案。但由于德國總耗電量的近43%是用在工業(yè)上，因而如果工業(yè)中裝備了高效和智能的驅(qū)動技術(shù)，設(shè)備就能為降低能耗做出巨大貢獻(xiàn)。此外，經(jīng)過改造的設(shè)備將減少CO2排放，為達(dá)到規(guī)定的氣候保護(hù)目標(biāo)出一份力。
說到面向未來和生產(chǎn)效率，智能減速馬達(dá)可以在驅(qū)動技術(shù)中擔(dān)負(fù)先驅(qū)者的角色。特別是小型驅(qū)動裝置，在可能的節(jié)約潛力方面應(yīng)當(dāng)給予重視，因為每年制造并用于工業(yè)當(dāng)中的這種驅(qū)動裝置達(dá)900萬～1000萬臺，且仍有增加趨勢。無論是在運(yùn)行中的耗電量，還是裝機(jī)總功率，這種驅(qū)動裝置在設(shè)備投資中都扮演重要的角色。由于驅(qū)動技術(shù)分散化趨勢越來越明顯，該裝置也越來越重要，而且在機(jī)器和設(shè)備制造中也可以有更多的靈活性。
高能效利用小型驅(qū)動裝置的4種方式
1. 高效利用驅(qū)動裝置最簡單和最快捷的途徑是符合應(yīng)用環(huán)境的設(shè)計驅(qū)動裝置。假如出于安全需要設(shè)計了超規(guī)格的驅(qū)動裝置，那么它們僅在部分負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行，因而也是在效率極低的范圍內(nèi)運(yùn)行。據(jù)ZVEI調(diào)研稱，采用正確的設(shè)備規(guī)格，可以利用60%的節(jié)約潛力。選擇馬達(dá)方案時的另一個問題是，僅僅把眼光集中到低購買價格上。現(xiàn)在，壽命周期成本必須作為現(xiàn)代驅(qū)動方案的一個重要方面來加以考慮。
2. 除了驅(qū)動裝置的規(guī)格正確以外，采用的驅(qū)動裝置效率以占15%可能的節(jié)約潛力也具有重要意義。蝸輪蝸桿傳動裝置由于制造成本相對較低，目前在小型驅(qū)動裝置領(lǐng)域占主宰地位。然而由于它們在減速區(qū)域有滑動摩擦，這種傳動裝置又最常用于這個領(lǐng)域（10～60：1），因而它們的效率極差，只有35%～70%。由于驅(qū)動的馬達(dá)還必須克服蝸形齒輪組的起動轉(zhuǎn)矩，這又導(dǎo)致了驅(qū)動裝置必要的規(guī)格過大。不過，現(xiàn)在錐齒輪傳動裝置的應(yīng)用方面有了蝸輪蝸桿傳動裝置的替代方案：采用平齒輪或冠齒輪技術(shù)的錐齒輪傳動裝置。其基礎(chǔ)主要采用滾動摩擦的齒輪技術(shù)，這樣效率可達(dá)85%～97%。因此，結(jié)構(gòu)對稱、壽命明顯較長、投資和運(yùn)營成本方面的節(jié)約潛力大，是其決定性的優(yōu)勢。假如結(jié)構(gòu)空間允許，也可以采用具有類似效率和功率特點(diǎn)的行星齒輪傳動裝置和正齒輪傳動裝置。
圖2 由于效率較高，在功率相同的情況下，采用Eta-Crown錐齒輪傳動裝置的驅(qū)動裝置比采用蝸輪蝸桿傳動裝置的驅(qū)動裝置耗用的能源必然要少
3. 采用效率優(yōu)化的馬達(dá)方案可另外再提供15%可比較的節(jié)約潛力。比如用電整流電動機(jī)（即EC電機(jī)或BLDC電機(jī)），盡管其有電子裝置，因而與此相聯(lián)的是增加能耗，但也能夠大幅度節(jié)約成本，不僅是在運(yùn)行當(dāng)中，也包括在起動性能。這樣使電網(wǎng)波動更小，進(jìn)而也降低了裝機(jī)連接功率。
4. 可能的節(jié)約潛力最后10%在于控制方案。通過采用BLDC驅(qū)動裝置，可以比較簡單地實現(xiàn)智能控制方案，因而使相應(yīng)的應(yīng)用能夠得到能源優(yōu)化的運(yùn)行。通過由時間優(yōu)化到能源優(yōu)化的運(yùn)動提升的過渡可以達(dá)到這一點(diǎn)。
效率的提升獲得很高的節(jié)能潛力
由于時間運(yùn)行驅(qū)動裝置性能強(qiáng)且效率高，因而可以采用能源需求小得多且規(guī)格明顯更小的電動機(jī)。特別是采用冠齒輪技術(shù)的Eta-Crown錐齒輪傳動裝置，為避免設(shè)備尺寸規(guī)格過大做出了決定性的貢獻(xiàn)。
一個具體的例子證明了節(jié)能潛力高：利用組裝設(shè)備在總共10個驅(qū)動單元定時運(yùn)行情況下，該企業(yè)表明，當(dāng)用新的變速、馬達(dá)和控制技術(shù)替代老的技術(shù)時，能夠達(dá)到很大程度的節(jié)電能力。有4種驅(qū)動方案做比較：采用交流電機(jī)的傳統(tǒng)蝸輪蝸桿傳動裝置；采用冠齒輪和交流電機(jī)的Eta-Crown錐齒輪傳動裝置；采用冠齒輪和230V無刷EC（EC技術(shù)）電機(jī)的Eta-Crown錐齒輪傳動裝置；采用48V無刷DC（BLDC技術(shù)）電機(jī)和冠齒輪傳動裝置的Eta-Crown錐齒輪傳動裝置（圖1）。
由于所有三種Eta-Crown錐齒輪傳動裝置的效率較高達(dá)87%，在功率輸出相同的情況下，耗用的電能比采用蝸輪蝸桿傳動裝置時少得多。因此，采用標(biāo)準(zhǔn)交流電機(jī)的蝸輪蝸桿傳動裝置損失功率在211W，這比采用230V無刷驅(qū)動馬達(dá)的Eta-Crown錐齒輪傳動裝置的損失功率要大得多。后一種驅(qū)動方案在這種情況下的損失功率僅為12W。在技術(shù)設(shè)備上的樓宇設(shè)計方面，工業(yè)過程中驅(qū)動裝置較低的損耗熱降低了極為必要的房間制冷費(fèi)用。
而且在裝機(jī)電功率方面，Eta-Crown錐齒輪傳動裝置的工作效率也更高： 如果蝸輪蝸桿傳動裝置需要248W，那么采用冠齒輪傳動裝置的錐齒輪傳動裝置在230V時僅需35W。即便是采用48V無刷DC電機(jī)的方案，其連接電功率也只需139W——盡管其采用了智能控制方案。
在制造成本方面有一點(diǎn)優(yōu)勢，那就是蝸輪蝸桿傳動裝置和Eta-Crown錐齒輪傳動裝置相比，起初稍微有利。但在設(shè)計新型驅(qū)動方案時，核心是壽命周期成本。通過采用Eta-Crown錐齒輪傳動裝置，和傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動裝置相比（圖2），可以節(jié)約電量達(dá)67%（按兩班倒持續(xù)運(yùn)行14年計算）。
分散驅(qū)動技術(shù)促進(jìn)采用小型驅(qū)動裝置
由于內(nèi)置電子裝置采用復(fù)雜的調(diào)節(jié)戰(zhàn)略，通過BUS總線系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，驅(qū)動裝置變得越來越智能。由于采用分散驅(qū)動技術(shù)，小型驅(qū)動裝置具有越來越重要的意義。正是這種分散的調(diào)節(jié)和控制方案，促進(jìn)了小型驅(qū)動裝置的使用。要么能源需求“按需分配”，這時驅(qū)動裝置僅在需要時運(yùn)轉(zhuǎn)；要么驅(qū)動裝置使用最小必要的速度工作，提供了節(jié)約潛力。無論在任何情況下，將與能源相關(guān)的過程進(jìn)行優(yōu)化占首要地位。目標(biāo)是根據(jù)情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計以及設(shè)備達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行。
即使采用小型驅(qū)動裝置不能很快實現(xiàn)節(jié)能，但它們?nèi)匀挥兄陂L期而且明顯地降低成本。在壽命周期成本的觀點(diǎn)下，如今任何一條道路都不可能撇開基于優(yōu)化的電機(jī)傳動裝置組合與智能控制技術(shù)基礎(chǔ)上，應(yīng)用優(yōu)化的小型驅(qū)動裝置。只有在統(tǒng)一整體考慮所有節(jié)約潛力的情況下，“綠色工廠”才能最終實現(xiàn)。
